单端反激式开关电源变压器的设计(2)

　　2．4 原边电感量

　　原边电感量为：

　　这个匝数计算出来为原边最少匝数，取22匝。其中Bmax为磁芯饱和磁通密度(0．25 T)(选定磁芯后就已经确定)。

　　2．6 副边绕组匝数

　　副边绕组匝数为：

　　这里取值690匝，UF为输出整流二极管的导通压降0．7 V。

　　对于多路输出变压器而言，先修改前面的输出功率为各路输出功率之和，带入各路对应的UO、UF的值即可计算出各路输出的匝数。设计时，需要在变压器引入反馈绕组来调节和稳定前端脉宽调制电路的占空比，反馈电压为10 V，可以求得反馈绕组匝数为29．1匝，取整30匝。

　　2．7 绕组线径和绕线方式

　　由电流密度定义可以求出绕线的最小线径：

　　采用圆形导线，分别为原边绕组电流2 A，电流密度500 A／cm2，截面积0．004 cm2，直径O．07 cm；反馈输出绕组电流0．5 A。电流密度500 A／cm2，截面积0．001 cm2，直径0．035 cm；负载输出绕组电流0．04 A，电流密度500 A／cm2，截面积0．000 08 cm2，直径0．01 cm。

　　为了减小高频干扰的影响，在计算绕组线径时，电流密度K取值比计算面积时稍微小一点，取值500 A／cm2，以使得导线线径在满足绕组电流和功率的情况下选用细导线并绕的方式绕制原边绕组，设计中采用O．025 cm线径的导线，并绕线数，取3线并绕的方式绕制原边线圈。

　　2．8 引入气隙

　　单端反激式变压器的设计和制作时必须引入气隙，否则会出现磁芯饱和，本设计和制作选择在所选EE系列磁芯两边垫磁性材料使磁回路加入适当的气隙，如图3(b)所示。

　　式中，lg为气隙长度(cm)、AL为磁芯无气隙时的电感因数(nH／N2)，气隙的位置安排在EE磁芯中是最好的，其气隙是在磁组件里面被分开的，这样可使边缘磁通噪声最小，这也是选择EE磁芯作为开关变压器磁芯的一个重要因素。

　　3 验证设计

　　3．1 验证最大磁感应强度

　　验证最大磁感应强度是否是超过磁芯的允许值：

　　小于磁芯磁感应强度最大值。当原边线圈流过峰值电流时，此时磁芯达到最大磁感应强度。

　　3． 验证趋肤效应的大小

　　高频变压器的交流损耗是由高频电流的趋肤效应以及磁芯的损耗引起的。高频电流通过导线时总是趋向于从表面流过，这会使导线的有效流通面积减小，并使导线的交流等效阻抗远高于铜电阻。由趋肤深度定义。其中，ε、F、K分别为趋肤深度、频率、趋肤系数，K对于铜导线等于1。利用这个方法可以计算出运行在频率为10 kHz时的最大导线半径，可以得出最大导线直径DAWG为1．3 mm；所有线径都小于这个线径。

　　由EE-25窗口尺寸和线径尺寸计算可得表1如下。

　　导线采用漆包线，在计算每层匝数时在窗口高度两侧各预留0．15 cm的空间，且忽略包漆厚度，因为实际绕制时总比每层计算出来的可以绕制匝数要多一些。

　　绕组方式如图4所示，其中绝缘层为0．015 cm，骨架厚度为0．1 cm，总厚度为O．1+O．025+O．Ol×7+O．035+0．015×10=0．38 cm，考虑到3个绕组之间的绝缘层厚度可适当加厚，窗口宽度0．645 cm能够绕下。

　　4 变压器在开关电源中的应用

　　将原边绕组同名端串联分压电阻后接12 V直流电压，并在同名端和开关管漏极之间加入RCD开关管保护电路，开关管栅极接PWM脉宽调制电路。脉宽调制电路是由变压器辅助绕组的输出整流电容Cf的正极性端引入的反馈电压控制和调节的TL494基本电路组成。调节PWM输出脉宽占空比为0．445，频率为10 kHz的脉宽信号。变压器次级绕组的输出整流电容Co的正极性端，经二次整流电路后输出作为接近250 V高压输出端，作为绝缘电阻测试仪高压电源。

　　5 结束语

　　设计开关变压器，对于变压器生产制作技术人员而言必须知道以下参数：磁芯型号、同名端、输出功率、原边绕组电感、工作频率、原边绕组匝数、辅助线圈匝数、原边绕组线径、反馈线圈线径、输出绕组线径以及绕线方式和注意细节，但是详细的参数列表可以方便变压器制作完成后调试和修改。此外，变压器的设计没有固定的步骤可循，特别是磁芯的选择，需要和磁芯技术人员进行沟通，单纯的依靠公式选择出来的磁芯的参数和实际的磁芯参数有较大的误差，只有获得了正确、准确的磁芯参数，带入这些参数设计出来的变压器才会和实际性能接近。